CAD 입문 장벽 낮추기: AR 기반 설계와 전통 CAD의 비교 연구

초록

본 논문은 AR‑CAD와 전통적인 SolidWorks를 비교한 사용자 실험을 통해, 초보자는 AR‑CAD에서 높은 작업 성공률과 낮은 인지 부하를 보였으며, 숙련자는 두 시스템에서 유사한 성과를 나타냈지만 정밀도와 고급 기능 면에서는 전통 CAD를 선호한다는 결과를 제시한다.

상세 분석

이 연구는 20명의 참가자를 초·중·고급 사용자로 구분하고, 두 시스템에서 동일한 3D 모델링 과제를 수행하도록 설계하였다. 실험 환경은 Meta Quest 3 기반 AR‑CAD와 PC에서 실행되는 SolidWorks이며, AR‑CAD는 Unity와 Meta SDK를 활용해 손·컨트롤러 트래킹, 깊이 센서 기반 실시간 메쉬 오클루전, STL 내보내기 기능을 제공한다. 주요 측정 지표는 작업 완료율, 소요 시간, NASA TLX 인지 부하, SUS 사용성 점수이다.

통계 분석 결과, 전체 평균 작업 시간은 두 시스템 간에 유의미한 차이가 없었지만, 초보자 그룹에서는 AR‑CAD가 78 %의 완료율을 기록해 SolidWorks(62 %)보다 현저히 높았다. 숙련자 그룹은 두 시스템 모두에서 90 % 이상의 완료율을 보였으며, 시간 차이도 미미했다. TLX 점수는 AR‑CAD가 평균 3.2점 낮아 인지 부하가 감소했음을 나타냈고, SUS 점수는 초보자에서 AR‑CAD가 81점, SolidWorks가 68점으로 사용성 차이가 뚜렷했다. 반면 숙련자는 두 시스템 모두에서 80점대 SUS를 기록했지만, 정밀도와 복잡한 기능(예: 고급 피처, 어셈블리 관리)에서는 SolidWorks를 선호했다.

AR‑CAD의 핵심 기능—파라메트릭 프리미티브 생성, 양손 직접 조작, 3D 포인트 기반 메쉬 생성—은 직관적인 공간 인지를 제공하지만, 현재는 불완전한 불리언 연산, 제한된 필드‑오브‑뷰, 손목 피로 등 물리적 제약이 존재한다. 특히 정밀 치수 입력과 복잡한 어셈블리 구조를 다루는 데는 아직 한계가 있다. 연구자는 이러한 제약을 해소하기 위해 고정밀 입력 장치(예: 핸드 트래킹 보조 장치, 촉각 피드백)와 하이브리드 워크플로우(AR과 데스크톱 CAD 간 실시간 동기화) 개발을 제안한다.

문헌 검토에서는 AR이 공간 충돌 감지와 개념 설계 단계에서 유리함을 보이며, 제조 현장에서는 조립 가이드와 교육에 효과적이라는 기존 연구와 일치한다. 그러나 대부분의 상용 AR 솔루션은 리뷰 단계에 머물고, 완전한 파라메트릭 모델링을 제공하지 못한다는 점을 강조한다. 본 논문은 이러한 격차를 실험적으로 확인하고, AR‑CAD가 “보완 도구”로서의 가치를 입증한다.

결론적으로, AR‑CAD는 초보자와 교육 환경에서 진입 장벽을 크게 낮추는 잠재력을 가지고 있지만, 전문 설계자의 고급 작업 요구를 만족시키기 위해서는 정밀 입력, 인터페이스 최적화, 그리고 기존 CAD와의 원활한 연동이 필수적이다. 향후 연구는 복합 설계 프로세스(예: 파라메트릭 설계·시뮬레이션·제조 연계)에서 AR‑CAD의 성능을 평가하고, 하이브리드 시스템 아키텍처를 구현하는 방향으로 진행될 필요가 있다.